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地铁里的镀锌管,为啥怕杂散电流
10 小时前   浏览:2   作者:管道

一个地铁车站机电改造项目里,站厅层的给排水和消防支管用的是镀锌管,装完两年,巡检发现三处管卡附近渗水,拆开一看,管子烂的位置很有意思:都在跟结构钢筋、金属支架挨着或者捆扎的地方,孤立悬空的那几段反而好好的。

这不是普通锈蚀。地铁隧道和车站里跑着直流供电系统,几百安培的牵引电流走轨道回流,总有那么一部分电流不安分,从轨道漏进道床、结构钢筋和地下管线,从别处再流回去。这一漏一收,沿途所有导电的金属都成了电路的一部分,电流从金属流进土壤或混凝土的地方,就是被电解腐蚀的地方。

这种腐蚀叫杂散电流腐蚀,也叫迷流腐蚀,是地铁环境里管材选型绕不开的一课。镀锌管在地铁里为什么格外怕它,防护标准划了哪些线,这篇讲清楚。

地铁杂散电流对管线腐蚀路径示意

一、杂散电流从哪儿来

地铁牵引供电多用直流七百五十伏或一千五百伏,电流从牵引变电所出发,经接触网(或接触轨)送到列车,再经走行轨回流。设计上希望电流百分之百从轨道回变电所,但轨道对地不可能完全绝缘,总有电流从轨道漏到道床、结构钢筋、地下金属管线这些并联的低阻通路上,抄近路回变电所。

这部分抄近路的电流就是杂散电流。它的大小跟轨道对地的过渡电阻直接相关,CJJ 49-92《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》给出的控制线是:新建线路走行轨对主体结构的过渡电阻每公里不小于十五欧,运营线路不小于三欧。电阻越低,漏出去的电流越多。

漏出去的电流走什么路回来,哪儿电阻低走哪儿。镀锌钢管是良导体,埋在潮湿的道床边、固定在结构钢筋附近,对电流来说就是一条顺路的桥。电流不挑好坏,只挑电阻。

二、 电解腐蚀有多快:一安培一年吃掉九公斤铁

杂散电流腐蚀的本质是电解。按法拉第定律,一安培的直流电流从铁里流出,一年要电解掉约九点一公斤铁,这个数值得记在心里。同样的电流密度,普通电化学腐蚀一年吃零点零几毫米,电解腐蚀能吃几毫米到十几毫米,不是一个量级的对手。

腐蚀发生在电流离开金属进入电解质的地方,那一段是阳极区。同一根管子,靠近变电所的一头电流汇入是阴极区(受阴极保护反而被保护),离变电所远、电流流出的那一头是阳极区,先烂。所以地铁里管子的腐蚀位置会沿着线路方向分布,靠近回流点的位置相对安全,中间流出段最危险,这个分布规律跟普通锈蚀完全不同。

CJJ 49-92 给了定量的判断线:钢结构的允许泄漏电流密度是每平方分米零点一五毫安,混凝土中钢筋是零点六,极化电压正向偏移不超过零点五伏。超过这些线,腐蚀速率就进入危险区。零点一五毫安每平方分米这个数看着小,集中在几个锈点上,几年就能穿透管壁。

三、为什么镀锌管更怕,而不是更不怕

有一种想法是:锌层是牺牲阳极,本来就替钢管挨腐蚀,加上杂散电流是不是也无所谓。正好相反,镀锌管在迷流环境里的处境比裸钢管更尴尬。

锌层导电性好,管子整体电阻低,对杂散电流的吸引力反而更强。锌的电解腐蚀跟铁一样服从法拉第定律,锌的摩尔质量小、化合价是二,同样一安培电流一年电解掉的锌约十点七公斤,比铁还多。锌层总共就八十五微米,按密度折算每平方米零点六公斤,一平方米的管壁只要流出六十毫安的电流,一年就把锌层 电解光。锌层耗尽之后,基底碳钢接着被电解,防护层反而是把最好的防护时间让给了最凶的敌人。

还有连接方式的拖累。镀锌管靠螺纹和沟槽连接,接头处涂密封料,段与段之间的导电连续性靠金属接触,接触电阻不稳定。迷流环境下管段之间若导电不连续,电流会在接触不良的缝隙处集中流出,局部电解更快。这一段跟静电跨接的道理相通,氢气管道用镀锌管,漏点都在哪几处 里讲过生料带切断等电位的问题,迷流环境下后果更重。

四、规范给地铁管线划的线

CJJ 49-92 的防护原则写得很清楚:以治本为主,把杂散电流限制到最低;限制杂散电流向地铁外部扩散;地铁沿线的金属管线要单独采取有效的防蚀措施。规程还要求管线在设计和施工阶段就纳入杂散电流防护方案,不是出了问题再补救。

对埋地和穿行于地铁影响区的金属管道,另有专门标准 GB 50991-2014《埋地钢质管道直流干扰防护技术标准》,里面给了干扰识别、评价和排流的成套做法:测管地电位判断干扰程度,超标就做排流、绝缘或阴极保护。

落到管材选择上,地铁范围内的做法是分层的。埋地段和紧贴结构的段,优先用非金属管(PE、球墨铸铁带绝缘涂层)或者带三层防腐涂层加阴极保护的钢管,管段之间加绝缘接头,把管子从迷流通路里摘出去。站内明装的给排水和消防管,与结构钢筋和金属支架之间要绝缘隔离,管卡下加绝缘垫,支架与管之间不直接导电。跨接接地按低压电气规范做,但接地的路径要与迷流防护的路径分开设计,别让接地线变成迷流的桥。

五、现场施工里要守的几条

第一条,绝缘是命根子。管线穿越道床、侧墙、变形缝时按图做绝缘套管和绝缘支撑,管卡与金属支架之间加绝缘衬垫。验收时用兆欧表测管子对结构钢筋的绝缘电阻,不合格不交付。安装时磕碰掉的绝缘垫、图省事用钢筋绑扎代替绝缘卡子,都是日后腐蚀的种子。

第二条,别私接导体。施工临时用电、焊接地线随意搭在管线上,等于亲手把管子接进迷流通路。焊接作业的地线要就近接在被焊件上,别让回路电流路过别的管段。

第三条,测数据留底。交付时把管地电位、绝缘电阻的实测数据写进竣工资料,运营后按周期复测,电位偏移变大就是防护退化的信号。

镀锌管当接地导体的可行性在镀锌管能不能当接地体 里专门算过,那个结论针对普通建筑;地铁环境里接地与迷流防护交织,做法要按地铁专门规范走,不能照搬普通厂房的套路。

六、管材怎么选,一条一条给

埋地段和穿越段:PE 管、球墨铸铁管(带绝缘外防腐层),或者三层 PE 加强级防腐的钢管加阴极保护加绝缘接头。这段是迷流的重灾区,投入不能省。

车站内明装给排水:镀锌管可以用,前提是管卡绝缘、支架绝缘、穿墙套管绝缘三件套齐全,并且管线走向尽量远离回流轨和整体道床钢筋密集区。

消防管:地铁消防系统压力和验收要求高,站内段沿用镀锌管的地区不少,同样要吃绝缘三件套;隧道区间段则倾向涂层钢管加绝缘。

电缆支架、管廊等结构性的金属件:迷流防护的主战场,按结构专业走,管线专业别把管子直接焊上去。

杂散电流环境下金属结构的寿命账,与环境腐蚀分档的思路不一样,它取决于电流分布,实测数据说了算。镀锌管能用多少年,看锌层和环境 里的环境分档不含迷流这一项,地铁项目选材时要把这条单列。

如果手上正有地铁机电、管廊穿越或邻近轨道交通的管线工程,把线路走向、供电方式、管线材质和敷设方式整理出来发到钢管动力,做涂塑钢管、球墨铸铁管和绝缘接头的厂家能按迷流防护要求给分段方案,也能指出绝缘节点容易漏设的位置。钢标控公众号里整理过特殊环境管线选材的对照,可以对着用。

地铁里的杂散电流是怎么腐蚀管线的?

直流牵引电流经走行轨回流,一部分电流从轨道漏进道床、结构钢筋和地下管线,抄近路回变电所。电流从金属流进电解质的位置是阳极区,金属在那里被电解。按法拉第定律,一安培电流一年约电解掉九公斤铁,腐蚀速率比普通电化学腐蚀高几个数量级。

锌层是牺牲阳极,在迷流环境里是不是更耐腐蚀?

正好相反。锌导电性好,管子对杂散电流吸引力更强;同样电流下锌的电解损耗比铁还大,一安培一年约十点七公斤,八十五微米锌层折合每平方米零点六公斤,流出六十毫安一年就电解光。锌层耗尽后基底碳钢接着被电解,镀锌管在迷流环境里处境比裸钢管更被动。

杂散电流防护有哪些定量控制线?

CJJ 49-92 规定:钢结构的允许泄漏电流密度为每平方分米零点一五毫安,混凝土中钢筋零点六;结构极化电压正向偏移不超过零点五伏;走行轨对主体结构过渡电阻新建线路每公里不小于十五欧、运营线路不小于三欧。埋地金属管道的直流干扰防护另按 GB 50991-2014 执行。

车站里明装的镀锌管还能用吗?

可以用,前提是绝缘三件套齐全:管卡与金属支架之间加绝缘衬垫,管线与结构钢筋不直接导电,穿墙穿板处用绝缘套管,并用兆欧表验收管子对结构钢筋的绝缘电阻。埋地段和紧贴道床的段不要用裸镀锌管,应换非金属管或带防腐涂层加绝缘接头的钢管。

日常运维怎么发现迷流腐蚀苗头?

按周期复测管地电位和绝缘电阻,电位正向偏移变大或绝缘电阻下降都是防护退化的信号。现场巡检盯三类位置:管卡与支架接触点、穿越套管处、管线靠近回流轨的区段,这些地方先出锈迹。竣工时留下的电位和绝缘基线数据,是日后对比的依据。

数据来源:来自公开网络。

钢管动力,关联公众号:钢标控。

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